1971-2015年北疆地区不同等级冷空气时空统计特征分析

选取北疆50个测站1971-2015年的逐日平均气温和最低气温资料,运用小波分析、M-K突变检验等统计方法分析了北疆地区不同等级冷空气活动过程的时空变化特征。分析表明：近45年北疆地区冷空气活动持续日数在1～15d,平均持续日数为1.79 d。其中弱冷空气过程持续日数以1～2 d为主;中等强度冷空气、较强冷空气和寒潮过程以1～3 d为主;而强冷空气过程以2～4 d为主。近45年北疆单站冷空气发生频次为95.3次/a,且具有盆地多、山地少的特点;其中中等强度冷空气为11.8次/a,自东向西逐渐减少;弱冷空气、较强冷空气发生频次为70.9次/a、1.8次/a,呈自西南向东北逐渐减少的趋势;强冷空气和寒潮发生频次为4.2次/a 、7.3次/a,呈现由西南向东北增加趋势。近45年北疆地区冷空气活动频次总体呈减少趋势,年代际表现为先减少后增加的特点, 70年代最多,90年代最少,减少速率为0.33/10a;弱冷空气和较强冷空气呈增加趋势,增加速率为0.17/10a和0.03/10a;中等强度冷空气、强冷空气和寒潮活动频次呈下降趋势,其中寒潮的下降速率达-0.37/10a;不同等级冷空气活动频次均存在一个15-20a的显著周期,突变点出现在1980、2003年左右。     

1961-2016年北疆冷空气过程变化特征及其环流指数分析

摘要：根据《冷空气过程监测指标》（QX/393-2017）分析1961—2016年北疆单站和区域不同等级冷空气时空变化特征以及环流指数与其相关性。结果表明：北疆单站冷空气频次中等强度冷空气最多，寒潮次多，强冷空气最少；各级冷空气在北疆北部高发，空间差异明显，一半以上站点寒潮减少趋势显著；区域冷空气寒潮最多，中等强度冷空气、强冷空气频次相当，其中寒潮减少速率为0.58次/10a，强冷空气变化不明显，中等强度冷空气增加速率为0.1次/10a；单站和区域寒潮在冬季高发，强冷空气和中等强度冷空气春秋季多发；冷空气初日无明显变化，终日呈推后趋势；不同等级冷空气过程均存在三个长短不一的变化周期，中等强度冷空气、强冷空气存在明显突变，寒潮未出现突变；88个大气环流指数中有27个与北疆不同时期冷空气发生频次显著相关，其中斯堪的纳维亚遥相关型指数偏高北疆地区气温偏低，亚洲区、北半球极涡指数偏大，新疆冬季气温偏低，冷空气发生概率增大，南极涛动指数强年北疆地区冷空气出现频次可能会减少。     

近64a阿勒泰市春季不同等级寒潮过程气候特征

本文整理出阿勒泰市64年各级别强度寒潮过程数据库，分析阿勒泰市近64a来各级别寒潮过程的频数以及强度相关6个指标的气候特征，结果表明：（1）1954～2017年春季阿勒泰市共发生一般寒潮过程109.5次，强寒潮过程75.5次，特强寒潮过程37.5次；平均每年春季分别发生1.7次、1.2次和0.6次；3种级别寒潮过程发生频次占寒潮过程发生总频次的48.2%、33.3%和16.5%，阿勒泰市春季主要以一般寒潮和强寒潮为主。（2）春季一般寒潮、强寒潮和特强寒潮过程频数年际变化均在递减，且不显著，其中4月一般寒潮和特强寒潮过程递增，特强寒潮过程频数递增明显；一般寒潮过程频数的年代际变化在1950年代最多，强寒潮过程1970年代最多，特强寒潮过程1960年代和2000-2009年代最多。（3）一般、强和特强寒潮过程持续时间分别在1～7d、1～6d和1～5d，均以持续1～3d为主，分别占各自寒潮过程总次数的94.5%、90.8%和90.0%，其中又都以持续2d最多。（4）一般寒潮、强寒潮和特强寒潮过程降温幅度平均值分别为-10.8℃、-13.0℃和-17.3℃，一般寒潮和强寒潮降温幅度均在5月最强，特强寒潮降温幅度在3月最强。（5）一般寒潮、强寒潮和特强寒潮降温过程最低气温平均值分别为-7.8℃、-12.8℃和-20.3℃，随时间的推移呈明显的抬升趋势。（6）1954～2017年阿勒泰市春季一般寒潮、强寒潮和特强寒潮中降温过程最低气温距平平均值分别为-5.7℃、-7.9℃和-10.5℃；三种级别寒潮过程最低气温距平为负值占该级别寒潮过程频数的比例分别为80.0%、97.4%和97.5%。     

1951—2015年乌鲁木齐市降温过程频数及强度气候特征

利用乌鲁木齐市气象站1951年1月1日至2015年12月31日的逐日气温资料,以日最低气温及其降温幅度为指标,整理出乌鲁木齐市近65年降温过程数据库,将降温过程分为Ⅰ级（弱）、Ⅱ级（中等强度）、Ⅲ级（较强）、Ⅳ级（强）以及Ⅴ级（寒潮）5个等级,分析了乌鲁木齐市各级降温过程的频数、持续日数、过程不同时段降温幅度、过程最低气温、过程最低气温距平偏低幅度等要素气候特征。结果如下：（1）1951—2015年,乌鲁木齐市出现降温过程5834次,平均每年89.8次,其中Ⅰ级（弱）降温过程占78.1%。降温过程的频数季节分布较均匀,但Ⅳ级（强）和Ⅴ级（寒潮）降温过程在春季最多。在降温过程异常偏多与偏少年之间,6—8月的过程频数差异最大,4和9月过程频数差异较小。年平均降温过程频数在7个年代际中差异不大;随年代际增长,Ⅰ级（弱）降温过程频数在增加,Ⅴ级（寒潮）降温过程频数却在减少。（2）1951—2015年,乌鲁木齐市5834次降温过程的持续日数平均为1.89 d,其中持续1 d的过程占49.0%。随降温过程等级由Ⅰ级到Ⅴ级提高,过程持续日数最高出现频率也从1 d过渡到3 d。Ⅳ级（强）和Ⅴ级（寒潮）降温过程均表现为秋末到冬季各月的持续日数长,春季各月短。（3）65年来,乌鲁木齐市过程降温幅度平均为-4.4℃,秋季降温幅度最强,夏季最弱。Ⅳ级（强）以及Ⅴ级（寒潮）过程的降温幅度最强的月份分别是6和12月。65年来,乌鲁木齐市降温过程的最大24、48和72 h降温幅度平均值分别为-3.1、-5.5和-7.4℃,最大24 h降温幅度是春季最强,冬季最弱;48 h降温幅度是春季最强,夏季最弱;72 h降温幅度是冬季最强,夏季最弱。（4）1951—2015年,乌鲁木齐市降温过程的最低气温平均值为0.3℃,冬季各月最低,夏季各月最高,带有显著的季节背景特征。过程最大日气温距平的平均值为-1.9 ℃,随降温过程等级由Ⅰ级到Ⅴ级提高,距平偏低幅度依次增强,Ⅴ级（寒潮）降温过程平均达到-8.5℃。（5）在乌鲁木齐市降温过程频数异常偏多月份,对应在500 hPa高空新疆主要受纬向西风气流控制,较稳定的西风气流上多短波槽脊东移影响新疆;在降温过程频数异常偏少月份,在500 hPa高空新疆主要受西北气流控制,处于高纬地区冷空气自北向南的侵袭通道上,更有利于较强冷空气入侵新疆。     

1954-2016年阿勒泰市春季寒潮过程频数及强度气候特征

利用阿勒泰基准气候站日最低气温资料,资料长度从1954年到2016年的春季（每年2月26日至5月31日,共计63年）,以日最低气温及其降温幅度为指标,整理出阿勒泰市63年寒潮过程数据库,分析阿勒泰市近63a来寒潮过程的频数以及强度相关6个指标的气候特征,结果表明：（1）1954～2016年春季（3～5月）阿勒泰市共发生寒潮天气过程226次,平均每年发生3.6次。3月平均每年出现1.8次, 4月1.1次,5月0.7次。共有17a为寒潮发生异常偏少年份,16a为异常偏多年份。3月上旬和3月中旬为寒潮天气过程发生最多的时段。（2）春季寒潮频数以每10a/0.1次的速率在递减。月际尺度上,3月和5月发生寒潮天气过程递减,4月递增。年代际1950年代最多,2010-2016年最少。（3）春季寒潮天气过程持续日数在1～7d,其中持续2d的寒潮过程最多,占春季寒潮过程的49%。持续时间在1～3d的寒潮天气过程占92%。（4）春季寒潮降温过程平均降温幅度为-12.7℃,降温幅度平均值最大在3月。最大24h、48h和72h降温幅度平均值分别为-8.9℃、-12.5℃和-14.3℃。（5）春季寒潮降温过程最低气温平均值为-11.8℃。寒潮降温过程最低气温平均距平值为-7.6℃。     

近56 a伊犁河谷冷空气过程气候变化特征

利用1961—2016年伊犁河谷10个气象站逐日观测资料,依据冷空气过程监测标准,采用线性趋势、Morlet小波和相关分析等方法,对河谷各站9月至次年5月期间不同等级冷空气过程的频数与强度气候变化特征进行分析。结果表明:(1)近56 a来,伊犁河谷年平均冷空气过程频数为18. 5次,河谷中、西部的冷空气过程频数较多,向东、西两侧明显减少。其中,寒潮和中等强度冷空气过程频数在河谷中部较多,向东、西两侧逐渐减少;强冷空气过程频数自西向东逐渐减少。(2)伊犁河谷冷空气过程频数1月最多,5月最少。其中,寒潮和强冷空气过程高发期在冬季,中等强度冷空气过程高发期在秋季9—10月。(3)各级冷空气过程平均最低气温均1月最低、5月最高,且寒潮和强冷空气过程降温幅度均以12月最强,而中等强度冷空气过程降温幅度最强在10月。(4) 1961—2016年,伊犁河谷寒潮过程频数、累积日数均呈显著减少趋势,而冷空气累积降温幅度整体呈显著减小趋势;寒潮频数于2004年发生由多到少的突变,且寒潮与强冷空气过程频数分别存在26 a和31 a的年代际变化周期。(5)伊犁河谷各级冷空气过程频数与同期平均最低气温呈反相关关系,其中寒潮频数与最低气温的相关程度最高,而与降水、平均风速相关程度较弱。     

1976—2016年河北邯郸寒潮活动特征

利用1976-2016年河北邯郸16个气象观测站逐日最低气温资料,根据国家寒潮等级标准,采用线性趋势、M-K检验等方法,对邯郸各站24、48、72 h寒潮发生频次和降温持续日数及降温幅度等特征以及寒潮频次变化趋势进行统计分析。结果表明:邯郸寒潮活动出现在9月到翌年5月,深秋和初春发生最多。东部和北部为寒潮多发区,而中部发生频次最低。寒潮过程降温持续日数为1~6 d,降温持续日数与发生频次呈反相关,而与降温幅度呈正相关。24、48、72 h寒潮过程月平均最大降温幅度分别出现在5、9、11月,过程最低气温平均分别为-4.20、-4.99、-6.96℃,过程月平均最低气温1月最低,12月次低。邯郸寒潮过程的冷空气路径以西北和偏西路径为主,环流形势主要为一脊一槽型和横槽型。近41 a邯郸24、48、72 h寒潮过程整体均呈显著减少趋势,且具有明显的"先增后减"的年代际变化,突变时间为2009、2009、2012年。     

上海地区冬季不同等级冷空气变化特征及其对风雨的影响

基于1960年12月至2016年2月上海地区地面气象站气温、气压、降水、风速等观测资料,采用趋势分析、相关分析、小波分析、功率谱分析等方法,对冬季影响上海地区不同等级冷空气的活动特征及其对风雨影响进行分析。结果表明:尽管近56 a冬季影响上海地区的冷空气频次未发生明显变化,但所致降温幅度呈现先由大变小、再由小变大的变化特征;冬季中等强度冷空气、弱冷空气次数有14 a和4 a的显著周期;冷空气过程平均最大风速呈明显下降趋势,其中强冷空气平均最大风速下降幅度最大;冷空气降水总量呈增多趋势,弱冷空气降水总量占冷空气所致总降水量的57%。     

陕西省寒潮天气的气候特征分析

利用陕西省1962年1月—2009年12月61个气象站逐日温度资料,分析陕西省寒潮气候特征及其变化,结果发现:全省寒潮发生频次年际差异较大,年均1.65次/a,年代际变化呈微弱增多趋势。地域分布由北向南减少,主要多发区在陕北北部和关中东部,陕南西部最少。月季变化明显,3—4月出现频次最多,占52%。寒潮北部出现早,结束迟,中南部则相反。20世纪90年代以前3—4月寒潮呈明显的周期性变化,周期20～22a。春季寒潮与平均最低气温变化趋势呈反位相,90年代以后则不明显。寒潮具有复杂的多时间尺度结构变化特征。     

安庆市寒潮过程的气候特征分析

利用1960—2016年安庆市8个气象站的逐日最低气温资料,对安庆市寒潮活动的气候特征进行了统计分析。结果表明:安庆市近56 a寒潮发生频次从西北部的山区向东南方向的沿江地区逐渐减少,其中山区明显多于其它地区;寒潮发生频次年际波动大,并且年代际、年际寒潮和强寒潮发生次数均呈现出线性减少的趋势;全市各站寒潮的初日山区早于其它地区,山区终日较其它地区推迟;单站寒潮以2月、3月和11月发生频次最高,其月分布特点是岳西2月、11月出现次数最多,其余市县3月份出现次数最多,次数最少的出现在1月或10月;冬季寒潮发生次数要多于春季和秋季;特强寒潮主要出现在山区及地理位置最北部的桐城,一次特强寒潮过程中有3个站或以上达到特强寒潮标准的过程仅有4次;气候变暖是安庆市寒潮发生变化的可能原因。     

近60a阿勒泰地区不同等级降温日气候特征

利用阿勒泰地区7个气象站自建站至2014年12月31日的逐日气温资料,以日最低气温及其降温幅度为指标,整理出阿勒泰地区近60 a降温日数据库,按降温幅度将降温日分为寒潮、强降温、较强降温、中等强度降温和弱降温5个等级,分析了全地区各站不同等级降温日数的气候特征。结果表明:(1)阿勒泰地区寒潮日数和强降温日数在地区偏东、偏北多,向偏西偏南逐步递减,其它等级降温日数在河谷平原多,向西、向东逐步递减。寒潮、强降温和中等强度降温日数的EOF分解第一模态方差贡献率较大,全地区呈较好的一致性,较强降温和弱降温日数的EOF分解主要模态分别有3个和5个。(2)阿勒泰地区寒潮日数在冬季12月最多,强降温日数在秋季9月最多,较强降温日数主要集中在夏季6—8月,中等强度和弱降温日数在各季分布较平均。(3)近60 a来,阿勒泰地区各站的年寒潮和强降温日数呈明显减少趋势,年较强降温日数呈明显增多趋势,年中等强度降温日数没有明显的线性变化趋势,年弱降温日数呈地区西部减少、中、东部增多的趋势,且东部增多趋势较显著。     

1961-2017年京津冀地区寒潮活动特征

基于1961—2017年京津冀地区126个气象观测站逐日最低气温和降水资料,分析该区域寒潮发生频次时空变化特征,在此基础上通过定义的干湿判别指标分析区域性寒潮的干湿特征。结果表明:(1)京津冀地区单站寒潮年平均发生频次空间分布呈西北多东南少,86%的站点寒潮年发生频次呈减少趋势。(2)1961—2017年寒潮累计发生站次呈显著减少趋势(P<0.001),气候倾向率为-5.7站次·a^(-1),且在1983年发生突变。1961—1971年寒潮累计发生站次出现峰值,从1972年开始锐减,2007—2017年寒潮平均发生站次为历史最少。(3)1961—2017年区域性寒潮发生频次年际变化总体呈递减趋势,气候倾向率为-0.282次·(10 a)^(-1),1960年代冬季区域性寒潮发生频次最多,1970年代秋季和春季最多,2000年代冬季和春季为次高峰期,2011—2017年3个季节最少。区域性寒潮发生频次季节分布中以秋季出现最多、其次是冬季、春季最少;10月、11月寒潮最为活跃。(4)京津冀地区区域性寒潮过程干过程发生频次最多,2011—2017年区域性寒潮过程干湿特征趋向于干过程和湿过程两极化分布。     

气象因子对太原地区空气质量的影响研究

利用2017—2019年太原小店区气象与空气质量指数逐时数据,分析了气象因子对空气质量指数的影响,对易污染月份空气质量进行了深入分析,利用神经网络方法构建了气象因子与空气质量指数的关系模型,并与逐步回归模型进行了对比。结果表明:(1)2017—2019年太原地区空气质量6个等级均出现过,其中,良占比最大,为51.9%;严重污染等级最少,为1.9%。每年8月空气质量最好,1月空气质量最差,11月—次年2月为易污染月份。(2)气温、风速、气压对空气质量指数的影响主要表现为负相关,9月—次年2月呈显著负相关;降水主要表现为负相关;相对湿度对空气质量指数影响较大,8月—次年3月呈显著正相关,6—7月呈显著负相关。(3)易污染月份,太原地区空气质量以良为主,占40.7%;其次为轻度污染,占24.8%;严重污染占4.6%。相对湿度、风速对空气质量影响较大,表现为强相关。(4)神经网络构建的气象因子与空气质量指数的关系模型,与逐步回归分析模型相比,准确率由91%提高到94%。神经网络模型模拟效果更佳,为太原地区治理大气污染提供重要的参考价值。     

新疆阿勒泰地区一次强寒潮天气过程分析

利用Micaps常规实况图、EC客观分析场及T213 00时的物理量场,从寒潮冷空气的酝酿、堆积、爆发3个阶段分析了2009年2月11～13日新疆阿勒泰地区的一次强寒潮天气过程,重点分析强降温及降水原因。分析表明:此次强寒潮冷空气来自新地岛和泰米尔半岛的超极地强冷空气,强冷空气沿乌拉尔山脊前东北风带和北风带南下堆积到西西伯利亚上空。由于乌拉尔山脊西北部冷空气的侵袭,使该脊向东南跨,推动西西伯利亚强冷空气大举南下,从而造成这次强寒潮天气。形成强降水的原因是北方冷空气与南支槽东移北上的暖湿气流在该地区汇合,并配合动力条件和水汽条件共同造成的。     

2011/2012年冬季寒潮低频特征及其与500 hPa低频系统的耦合关系

利用NCEP/NCAR的逐日再分析资料和国家气象信息中心的常规观测站温度资料,首先分析了2011/2012年冬季中国低温异常过程中的两次典型寒潮过程和全国828个站平均温度低频振荡的变化特征,然后分析了温度场低频振荡随位相的演变,最后采用SVD（Singular Value Decomposition）方法研究了北半球中高纬度对流层中层低频环流系统配置对温度低频变化的影响。结果表明：1）2011/2012年冬季的寒潮和强降温过程是在全国区域平均温度存在较强的10～30 d低频振荡的背景下发生的,中国的北方和东南部地区温度的低频振荡较强是导致其降温显著的主要原因之一。2）SVD分析的第一模态显示,亚洲-西太平洋中低纬度与中高纬度的南北两支低频波列在东亚地区耦合,使我国中东部和东南部地区处于沿偏东路径南下的强冷空气中;第二模态显示,沿着喀拉海-乌拉尔山东侧-我国西部的低频波列引导源地冷空气沿西北路径南下相继影响我国西北和东北地区。这两个模态驱动了强度大、范围广的低频温度由升高向降低变化的振荡,是导致2011/2012年冬季寒潮发生和极端低温事件出现的环流系统。     

2012—2017年京津冀区域酸雨变化特征

利用2012-2017年京津冀区域26个酸雨观测站观测资料,基于GIS插值方法研究平均降水pH值和酸雨频率空间分布特征,分析酸雨区月、季和不同降水量等级下酸雨变化特征,探讨该区域酸雨的成因。结果表明：2012-2017年京津冀区域酸雨污染面积呈下降趋势,2012-2014年重酸雨区和2012-2013年酸雨频发区主要分布在承德、唐山、秦皇岛三市交界;2017年酸雨区面积（占比为15%）和酸雨频率多发区以上面积（占比为17%）比2012年分别减少了63%和52%;较弱酸雨频率出现最高,83%的特强酸雨出现在2012年和2013年。酸雨区秋季平均降水pH值最小,酸雨频率最高,秋季酸雨污染最为严重;冬季空气中污染物增多导致降水K值增大。中雨量级的平均降水pH值最小,小雨量级酸雨出现次数占比和降水K值最大;暴雨过程后减轻酸雨污染的程度。2011年后NO_x排放量超过了SO₂排放量,酸雨污染由"硫酸-硝酸型"逐步向"硝酸型"转变;减少SO₂和NO_x排放是降低京津冀区域酸雨污染的重要举措。     

2004/2005年冬季强寒潮事件的等熵位涡分析

利用2004年12月1日—2005年2月28日的NCAR/NCEP逐日再分析资料,对2004年12月22日—2005年1月1日的强寒潮事件进行等熵位涡分析。结果表明:这次强寒潮事件的强冷空气来自欧亚北部和北极地区的高纬平流层下部与对流层上部。在寒潮爆发前期,高位涡强冷空气传播到贝加尔湖南侧,并被来自低纬度的低位涡空气所切断,在欧亚地区形成北部低位涡(阻塞高压)南部高位涡(低涡)的偶极型环流。随着低位涡的减弱消亡,高位涡强冷空气沿高原北侧向东南方向移动,当高位涡中心移到中国东部地区,高位涡空气柱在垂直方向上强烈向下伸展,使得气柱的气旋性涡度加强,东亚大槽迅速加深,引起寒潮的爆发。进一步分析表明,高位涡中心向南、向下传播过程中,等熵面上高位涡中心附近气流在其西侧和北侧地区沿等熵面下沉,引起上述地区低层西伯利亚高压迅速发展,导致强寒潮爆发。